Eine Propellerturbine gehört zu einer Gruppe von Maschinen, die Fluid- oder Gasströmungsenergie in Rotationsbewegung umwandeln. Wie diese Beschreibung andeutet, fallen diese Maschinen in zwei grundlegende Kategorien: Wind- oder Wasserpropellerturbinen. Die Rotationskraft, die diese Maschinen erzeugen, wird am häufigsten verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen und in geringerem Maße mechanische Arbeit zu leisten. Gängige Beispiele für mechanische Arbeitsvarianten der Propellerturbine sind Windmühlen und bestimmte Arten von wasserbetriebenen Mühlen. Aufgrund der reichlich vorhandenen, erneuerbaren und billigen Natur der Propellerturbinen-Energiequelle ist sie eine der kosteneffektivsten und umweltfreundlichsten Methoden der Energieerzeugung, die jemals entwickelt wurden.
Eine Propellerturbine wendet die konventionelle Propellertheorie umgekehrt an, um die latente kinetische Energie in Gas- und Fluidströmen zu nutzen. Propeller bestehen aus einer zentralen Welle mit mindestens zwei gegenüberliegenden, tragflügelförmigen Laufschaufeln oder Leitschaufeln, die daran befestigt sind. Diese werden im Allgemeinen durch eine externe Energiequelle gedreht, um durch Drücken oder Verdrängen von Luft oder Flüssigkeit über die Schaufeln Schub zu erzeugen. Bei einer Propellerturbine wird dieses Prinzip umgedreht; eine Strömung oder Luft oder Flüssigkeit verdrängt die Klingen, wodurch sie die Welle drehen.
Windturbinen werden weltweit in großem Umfang eingesetzt, um Windkraft zu nutzen, um Strom zu erzeugen, Mühlen zu betreiben oder Wasser zu pumpen. Windgetriebene Propellerturbinen können eine horizontale oder vertikale Achse aufweisen. Die bekannteste Variante ist die Horizontalachsenturbine, die traditionelle Windmühlen und Windgeneratoren mit Flugzeugpropellern umfasst. Ebenso effektiv ist die neuere Generation von Vertikalachsen-Designs mit flachen oder gekrümmten Flügeln, die eine vertikale Welle antreiben. Dazu gehören die gebogenen Schaufeln Savonius, die flachen Schaufeln Giromill und die markanten Darrieus-„Eierbesen“-Typen.
Bei älteren Horizontalturbinen muss der Turbinenkopf immer in den Wind gedreht gehalten werden. Bei kleineren Beispielen dreht ein einfaches Wetterfahnenruder den schwenkbaren Turbinenkopf. Größere Turbinen verwenden ein System von Windsensoren und Servomotoren, um den Propeller in den Wind zu drehen. Die meisten windgetriebenen Propellerturbinenkonstruktionen verwenden ein Getriebe, um den Generator oder die Pumpenkurbel mit der richtigen Drehzahl anzutreiben.
Wassergetriebene Propellerturbinen werden im Allgemeinen mit großen Wasserkraftwerken in Verbindung gebracht, obwohl es mehrere kleinere industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen gibt. Diese Turbinen funktionieren genauso wie ihre windgetriebenen Geschwister, obwohl sich ihr grundlegendes Design erheblich unterscheidet. Diese Maschinen sind im Allgemeinen viel größer und verfügen über Blattkonstruktionen, die in der Regel kürzer sind als windbetriebene Varianten. Die gebräuchlichste dieser größeren wassergetriebenen Turbinen ist die Kaplan-Turbine. Kaplan-Turbinen sind Reaktionseinheiten mit niedriger Fallhöhe und hohem Durchfluss, die in den meisten großen Wasserkraftanlagen verwendet werden.
Die Kaplan-Variante verfügt über in der Steigung verstellbare Schaufeln, die zu Wirkungsgraden von typischerweise über 90 Prozent in einem weiten Bereich von Wasserstands- und Strömungsbedingungen führen. Ein großer Teil der Effizienz wird durch einen sorgfältig gestalteten Wasserströmungsweg erreicht, der eine Abbremsung der austretenden Flüssigkeit bewirkt. Diese Verzögerung führt zu einer Übertragung der maximalen kinetischen Energie auf den Propellermechanismus. Kaplan-Turbinen können eine Leistung von 100 Megawatt (100,000,000 Watt) oder mehr erzeugen.
Die Propellerturbine nutzt erneuerbare Energiequellen, die entweder kostenlos oder im Vergleich zu fossilen Brennstoffen extrem günstig sind. Fortschritte in den Technologien, die in diesen Geräten verwendet werden, erweitern ständig die Grenzen ihrer Effizienz und Kapazität, und sie könnten sich in naher Zukunft als tragfähiger Ersatz für konventionelle Kraftstoffe erweisen. Auch die Propellerturbinentechnologie wird immer zugänglicher, was ihre Rolle im Bereich einer saubereren und umweltfreundlicheren Energieversorgung weiter stärkt.